悬浮成像系统

技术领域

本申请涉及悬浮成像技术领域，尤其涉及一种悬浮成像系统及电子设备。

背景技术

随着5G时代的迅速发展，“元宇宙”概念将会作为下一代高速信息时代的重要交互方式，虚拟现实(Vritual Reality，VR)/增强现实(Augmented Reality，AR)/混合现实(Mixed Reality，MR)技术可通过可穿戴设备实现虚拟与现实的交互，而显示设备作为众多交互设备的重要组成已经成为通讯、交流、学习、娱乐、购物等不可缺少的电子设备。悬浮显示技术利用微控光元件可实现显示设备的空中成像，不需要任何穿戴设备即可实现虚拟与现实的交互。因此悬浮显示技术将在下一代显示设备中占有重要地位。目前，国内外利用悬浮显示应用在了很多场景，不乏车载、家居、公共等场景。其中也提供了一些人机交互方案，增加了用户体验感。目前，整个显示系统通过调整显示屏与空中成像组件之间的距离以获得较大的图像悬浮显示深度，进而大幅提升用户的体验感，但如此会增加整个显示系统的体积、降低用户沉浸感及产品竞争力。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种具有较小体积且具有较大的图像悬浮显示深度的悬浮成像系统。

为解决上述问题，本申请提供的技术方案如下：

一种悬浮成像系统，用于形成悬浮图像，所述悬浮成像系统包括：

显示组件；

空中成像组件，位于所述显示组件的一侧；

反射元件，位于所述显示组件的一侧且向靠近所述显示组件的方向倾斜；所述显示组件在所述反射元件的另一侧形成有显示组件的虚像，所述显示组件的虚像经过所述空中成像组件并在所述空中成像组件的另一侧形成所述悬浮图像；

驱动组件，分别与所述显示组件及所述反射元件连接；所述驱动组件驱动所述显示组件和所述反射元件顺时针转动或逆时针转动；

其中，所述显示组件的虚像与所述显示组件关于所述反射元件对称，所述显示组件的虚像与所述空中成像组件位置相对，所述悬浮图像及所述显示组件的虚像相对于所述空中成像组件对称。

在本申请一可选实施例中，定义所述显示组件和所述反射元件未转动时为第一状态，所述显示组件和所述反射元件转动之后为第二状态；处于第一状态的所述显示组件在所述反射元件的另一侧形成一第一虚像，处于第二状态的所述显示组件在所述反射元件的另一侧形成一第二虚像，所述第一虚像与所述第二虚像沿第一方向平行且间隔排布。

在本申请一可选实施例中，处于所述第一状态的所述显示组件垂直于所述第一虚像，处于所述第一状态的所述反射元件与处于所述第一状态的所述显示组件之间的夹角45°。

在本申请一可选实施例中，所述驱动组件驱动所述显示组件转动第一角度β与所述驱动组件驱动所述反射元件转动第二角度α满足如下关系式：0°<α<45°，0°<β<90°且β＝2α。

在本申请一可，所述驱动组件驱动所述显示组件和所述反射元件分别做顺时针转动时，所述第二虚像到所述空中成像组件的距离大于所述第一虚像到所述空中成像组件的距离；且所述驱动组件驱动所述显示组件和所述反射元件分别做逆时针转动时，所述第二虚像到所述空中成像组件的距离小于所述第一虚像到所述空中成像组件的距离。

在本申请一可选实施例中，所述第一虚像经过所述空中成像组件在所述空中成像组件的另一侧形成第一悬浮图像；所述第二虚像经过所述空中成像组件并在所述空中成像组件的另一侧形成第二悬浮图像；所述第一悬浮图像与所述第二悬浮图像沿垂直或平行于所述第一方向的第二方向平行且间隔排布。

在本申请一可选实施例中，所述空中成像组件包括第一反射阵列及第二反射阵列，所述第二反射阵列位于所述第一反射阵列上，所述第一反射阵列包括多个间隔设置的第一反射片，所述第二反射阵列包括多个间隔设置的第二反射片，所述第一反射片的延伸方向与所述第二反射片的延伸方向不同；

所述显示组件的虚像发出的光束在所述第一反射片上发生第一次反射，产生的第一反射光线入射至所述第二反射片上发生第二次反射，产生的第二反射光线形成所述悬浮图像。

在本申请一可选实施例中，所述第一反射片相对于所述显示组件的倾斜角为45°；所述第一反射片与所述显示组件的虚像位置相对。

在本申请一可选实施例中，所述悬浮成像系统还包括固定组件；

所述空中成像组件包括：

分束结构，位于所述显示组件的一侧；及

逆反射结构，位于所述分束结构的一侧且向靠近所述分束结构的方向倾斜；

其中，所述驱动组件、所述分束结构及所述逆反射结构分别固定在所述固定组件上；所述显示组件的虚像与所述逆反射结构位于所述分束结构的同一侧；入射到所述分束结构上的所述显示组件的虚像发出的光被反射至所述逆反射结构上，部分被所述逆反射结构逆反射的光线形成所述显示组件的虚像；所述显示组件的虚像与所述悬浮图像相对于所述分束结构对称；所述分束结构垂直于所述显示组件的虚像。

在本申请一可选实施例中，所述反射元件为平面反射镜。

在本申请一可选实施例中，处于第一状态的所述反射元件与所述显示组件的虚像之间的夹角为钝角或锐角。

在本申请一可选实施例中，所述反射元件包括一连接端及一第一自由端，所述连接端与所述驱动组件相连接；

所述驱动组件驱动所述反射元件绕所述连接端转动。

在本申请一可选实施例中，所述驱动组件包括一转动轴，所述显示组件固定在所述转动轴上；所述显示组件包括一第二自由端、一第三自由端及连接所述第二自由端及所述第三自由端的中间部，所述转动轴与所述中间部固定连接；

所述驱动组件驱动所述转动轴旋转以带动所述显示组件以所述转动轴为旋转中心转动。

在本申请一可选实施例中，所述悬浮成像系统还包括固定组件，所述驱动组件及所述空中成像组件分别固定在所述固定组件上。本申请提供的悬浮成像系统，在显示组件的一侧设置反射元件，再通过驱动组件驱动显示组件和反射元件顺时针或逆时针旋转，利用反射元件在其与显示组件相背的另一侧形成与显示组件关于反射元件相对称的显示组件的虚像，显示组件的虚像经过空中成像组件在空中成像组件的另一侧形成悬浮图像。由于显示组件与显示组件的虚像关于反射元件对称且显示组件的虚像与悬浮图像关于空中成像组件对称，因此，通过分别调节显示组件和反射元件的旋转角度，可以调节不同旋转角度下显示组件的虚像之间的距离，以使得悬浮图像获得较大的位移，进而使得所述悬浮成像系统的所述悬浮图像具有较大的显示深度。因此，本申请提供的悬浮成像系统不需要移动所述显示组件，只通过旋转所述显示组件和所述反射元件即可实现所述悬浮图像的显示深度的调节，可以利用较小的空间获得较大的显示深度，有利于减小所述悬浮成像系统的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请第一实施例提供的一种悬浮成像系统的结构示意图。

图2为图1所示的悬浮成像系统的光线走向示意图。

图3为图2所示的空中成像组件的结构示意图。

图4为图3所示的空中成像组件的另一个角度的结构示意图。

图5为本申请第三实施例提供的一种悬浮成像系统的结构示意图。

图6为图5所示的悬浮成像系统的光线走向示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

本申请可以在不同实施中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

以下将结合具体实施例及附图对本申请提供的悬浮成像系统进行详细描述。

请参阅图1-4，本申请第一实施例提供一种悬浮成像系统100，所述悬浮成像系统100包括一显示组件10、一反射元件20、一空中成像组件30及一驱动组件40，所述空中成像组件30位于所述显示组件10的一侧，所述反射元件20位于所述显示组件10的一侧且向靠近所述显示组件10的方向倾斜，所述驱动组件40分别与所述显示组件10及所述反射元件20连接。

其中，所述显示组件10的出光面面向所述反射元件20。

其中，所述反射元件20具有成像功能，具体地，所述显示组件10能够在所述反射元件20的另一侧形成所述显示组件10的虚像。所述显示组件10的虚像与所述显示组件10关于所述反射元件20对称，也即，所述显示组件10的虚像与所述显示组件10的形状及尺寸相同。

在本申请一可选实施例中，所述反射元件20为平面反射镜。所述平面反射镜是惟一能形成完善图像的光学元件，它不改变光束的同心性质，光束经平面镜反射后，发散的同心光束仍是发散的同心光束，会聚的同心光束仍是会聚的同心光束。

其中，所述空中成像组件30与所述显示组件10的虚像位置相对，所述空中成像组件30用于反射所述显示组件10的虚像，以在所述空中成像组件30的另一侧形成一悬浮图像50。所述悬浮图像50及所述显示组件10的虚像相对于所述空中成像组件30对称。

在本实施例中，所述空中成像组件30位于所述反射元件20的一侧且向靠近所述显示组件10的虚像的方向倾斜，所述反射元件20位于所述空中成像组件30及所述显示组件10的虚像之间。

请参阅图2至图4，在本实施例中，所述空中成像组件30包括第一反射阵列31及第二反射阵列32，所述第二反射阵列32位于所述第一反射阵列31上，所述第一反射阵列31包括多个间隔设置的第一反射片311，所述第二反射阵列32包括多个间隔设置的第二反射片321，所述第一反射片311的延伸方向与所述第二反射片321的延伸方向不同；所述显示组件10的虚像发出的光线L1在所述第一反射片311上发生第一次反射，产生的第一反射光线L2入射至所述第二反射片321上发生第二次反射，产生的第二反射光线L3形成所述悬浮图像50。

在本实施例中，所述第一反射片311相对于所述显示组件10的倾斜角为45°，如此设置的所述空中成像组件30可以降低所述悬浮图像50中出现鬼像的几率。

在本实施例中，所述显示组件10的虚像与所述第一反射片311位置相对。也即，所述显示组件10的虚像面向所第一反射片311。

其中，所述驱动组件40用于驱动所述显示组件10和所述反射元件20顺时针转动或逆时针转动，以分别调节所述显示组件10和所述反射元件20的旋转角度，进而调节不同旋转角度下的所述显示组件10的虚像之间的距离，以使得所述悬浮图像50获得较大的位移，进而使得所述悬浮成像系统100的所述悬浮图像50具有较大的显示深度。所述悬浮成像系统100不需要移动所述显示组件10，只通过旋转所述显示组件10和所述反射元件20即可实现所述悬浮图像50的显示深度的调节，可以利用较小的空间获得较大的显示深度，有利于减小所述悬浮成像系统100的体积。

在本实施例中，定义所述显示组件10和所述反射元件20未转动时为第一状态，所述显示组件10和所述反射元件20转动之后为第二状态；其中，图2中的标号为10和20的实线代表处于第一状态的所述显示组件10和所述反射元件20，虚线代表处于第二状态的所述显示组件10和所述反射元件20。

其中，处于第一状态的所述显示组件10在所述反射元件20的另一侧形成一第一虚像61，处于第二状态的所述显示组件10在所述反射元件20的另一侧形成一第二虚像62，所述第一虚像61与所述第二虚像62沿第一方向Y平行且间隔排布。

在本实施例中，处于所述第一状态的所述显示组件10垂直于所述第一虚像61，处于所述第一状态的所述反射元件20与处于所述第一状态的所述显示组件10之间的夹角45°。

在本实施例中，处于第一状态的所述显示组件10竖直，所述显示组件10的虚像水平，所述悬浮图像50竖直。处于第一状态的所述反射元件20与所述显示组件10的虚像之间的夹角为锐角。

在其他实施例中，处于第一状态的所述显示组件10也可以水平，相应地所述显示组件10的虚像水平，所述悬浮图像50竖直。处于第一状态的所述反射元件20与所述显示组件10的虚像之间的夹角为钝角。

在本实施例中，所述驱动组件40驱动所述显示组件10转动第一角度β与所述驱动组件40驱动所述反射元件20转动第二角度α满足如下关系式：

0°<α<45° (式一)；

0°<β<90° (式二)；

β＝2α (式三)。

上述关系式中的(式三)可以推导过程如下：

处于第二状态的所述显示组件10的延长线、第二虚像的延长线以及所述显示组件10的旋转中心和第二虚像的中心之间的连线构成一个等腰三角线，所述第一虚像的延长线平行于第二虚线的延长线，处于第二状态的所述反射元件20的延长线为等腰三角线的一个角平分线，处于第一状态的所述显示组件10的延长线为等腰三角线的另一个角平分线，根据三角形的特性可知：图2中的∠1＝90°-β，∠2＝∠3＝45°-α，∠1＝∠2+∠3，则90°-β＝2(45°-α)，则β＝2α。

在本申请一实施例中，所述驱动组件40驱动所述显示组件10和所述反射元件20分别做顺时针转动时，所述第二虚像62到所述空中成像组件30的距离大于所述第一虚像61到所述空中成像组件30的距离。

在本申请另一实施例中，所述驱动组件40驱动所述显示组件10和所述反射元件20分别做逆时针转动时，所述第二虚像62到所述空中成像组件30的距离小于所述第一虚像61到所述空中成像组件30的距离。

在本申请一实施例中，所述第一虚像61经过所述空中成像组件30在所述空中成像组件30的另一侧形成第一悬浮图像51；所述第二虚像62经过所述空中成像组件30并在所述空中成像组件30的另一侧形成第二悬浮图像52；所述第一悬浮图像51与所述第二悬浮图像52沿垂直或平行于所述第一方向Y的第二方向X平行且间隔排布。

请再次参阅图1，所述驱动组件40包括一第一驱动件41、第二驱动件42及一转动轴43，所述第一驱动件41与所述反射元件20的一端连接，所述第一驱动件41用于驱动所述反射元件20转动所述第二角度α；所述第二驱动件42与所述转动轴43的一端固定连接，所述转动轴43的远离所述第二驱动件42的另一端与所述显示组件10连接，所述第二驱动件42用于驱动所述转动轴43旋转，所述转动轴43带动所述显示组件10转动。

具体地，所述反射元件20包括一连接端21及一第一自由端22，所述连接端21与所述驱动组件40相连接，所述驱动组件40驱动所述反射元件20绕所述连接端21转动。

具体地，所述显示组件10包括一第二自由端11、一第三自由端12及连接所述第二自由端11及所述第三自由端12的中间部13，所述转动轴43与所述中间部13固定连接；所述显示组件10以所述转动轴43为旋转中心转动。

请再次参阅图1，所述悬浮成像系统100还包括固定组件70，所述驱动组件40及所述空中成像组件30分别固定在所述固定组件70上。具体地，所述固定组件70包括第一固定部71及与所述第一固定部71垂直连接的第二固定部72，所述驱动组件40固定在所述第一固定部71上，所述空中成像组件30固定在所述第二固定部72上，所述反射元件20相对于所述第一固定部71倾斜且向所述第二固定部72延伸，所述空中成像组件30相对于所述第二固定部72倾斜且像所述第一固定部71延伸。

请参阅图5至图6，本申请第二实施例提供一种悬浮成像系统200，所述悬浮成像系统200的结构与所述悬浮成像系统100的结构相似，所述悬浮成像系统200也包括：一显示组件10、一反射元件20、一空中成像组件30及一驱动组件40，所述显示组件10、所述反射元件20及所述驱动组件40的结构及三者之间的位置关系与所述悬浮成像系统100的所述显示组件10、所述反射元件20及所述驱动组件40的结构及三者之间的位置关系相同。所述空中成像组件30与所述显示组件10的整体位置关系也相同。所述悬浮成像系统200的结构与所述悬浮成像系统100的区别在于：所述空中成像组件30包括分束结构33及逆反射结构34，所述分束结构33位于所述显示组件10的一侧，所述逆反射结构34位于所述分束结构33的一侧且向靠近所述分束结构33的方向倾斜；其中，所述显示组件10的虚像与所述逆反射结构34位于所述分束结构33的同一侧，所述显示组件10的虚像发出的光线入射到所述分束结构33上且被所述分束结构33反射至所述逆反射结构34上，部分被所述逆反射结构34逆反射的光线形成所述显示组件10的虚像；所述显示组件10的虚像与所述悬浮图像50相对于所述分束结构33对称。所述反射元件20及所述逆反射结构34位于所述分束结构33的同一侧。

在本实施例中，所述分束结构33垂直于所述显示组件10的虚像。

其中，入射至所述分束结构33上的一部分光被反射，另一部分光透过所述分束结构33。入射到所述逆反射结构34上的光线能够从接近入射光线的反方向返回。

在本实施例中，处于第一状态的所述显示组件10水平，所述显示组件10的虚像及所述悬浮图像50均竖直。处于第一状态的所述反射元件20与所述显示组件10的虚像之间的夹角为钝角。

当然，在其他实施例中，处于第一状态的所述显示组件10也可以竖直，此时，所述显示组件10的虚像水平，所述悬浮图像50竖直。处于第一状态的所述反射元件20与所述显示组件10的虚像之间的夹角为锐角。

其中，所述悬浮成像系统200的固定组件70还包括第三固定部73及第四固定部74，所述第三固定部73垂直连接所述第一固定部71且平行于所述第二固定部72。所述第四固定部74的一端与所述第一固定部71及所述第二固定部72固定连接，另一端固定在所述逆反射结构34上。所述驱动组件40固定在第三固定部73上，所述分束结构33及所述逆反射结构34均固定在所述第二固定部72上，所述逆反射结构34还固定在所述第四固定部74上。

本申请提供的悬浮成像系统，在显示组件的一侧设置反射元件，再通过驱动组件驱动显示组件和反射元件顺时针或逆时针旋转，利用反射元件在其与显示组件相背的另一侧形成与显示组件关于反射元件相对称的显示组件的虚像，显示组件的虚像经过空中成像组件在空中成像组件的另一侧形成悬浮图像。由于显示组件与显示组件的虚像关于反射元件对称且显示组件的虚像与悬浮图像关于空中成像组件对称，因此，通过分别调节显示组件和反射元件的旋转角度，可以调节不同旋转角度下显示组件的虚像之间的距离，以使得悬浮图像获得较大的位移，进而使得所述悬浮成像系统的所述悬浮图像具有较大的显示深度。因此，本申请提供的悬浮成像系统不需要移动所述显示组件，只通过旋转所述显示组件和所述反射元件即可实现所述悬浮图像的显示深度的调节，可以利用较小的空间获得较大的显示深度，有利于减小所述悬浮成像系统的体积。

综上所述，虽然本申请已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本申请，本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。